воздухоразделительных установок от количества перерабатываемого воздуха

Зависимость удельных теплопритоков через изоляцию криогенного блока

воздухоразделительных установок от количества перерабатываемого воздуха

Объемный расход перерабатываемого воздуха, м³/ч	q ₃, кДж/м³	Объемный расход перерабатываемого воздуха, м³/ч	q ₃, кДж/м³
	12,60		4,60
	8,40		4,20
	6,30		3,35
	5,50

Включение в схему установки насоса для жидкого криопродукта приводит к появлению дополнительных холодопотерь, которые равны:

где G – расход криопродукта, подаваемого насосом, кмоль/с; – молярная работа насоса, затрачиваемая при сжатии криопродукта, определяемая по уравнению ; p _н - давление сжатого криопродукта за насосом, кПа; – молярный объем жидкого криопродукта, поступающего в насос, м³/моль; λ – коэффициент подачи насоса; – потери холода в насосе (приток тепла из окружающей среды и тепла трения) – по литературным данным величина этих потерь на 1 кмоль криопродукта находится в пределах 100–130 кДж/кмоль; – изотермический эффект сжатого криопродукта при температуре Т _о.с, который определяет потери холода со сжатым криопродуктом в виде неиспользованного изотермического эффекта дросселирования сжатого криопродукта (рис. 1).

Рис. 1. Определение холодопотерь от недоиспользования эффекта дросселирования

с криопродуктом, выводимым из криогенного блока под давлением:

p _сом = 0,098 МПа; p _ср – среднее давление жидкого криопродукта за насосом

Если из криогенного блока воздухоразделительной установки отдельные продукты разделения выводятся в жидком виде, то появляется дополнительная статья расхода холодопроизводительности Q ₁. Для i -го продукта разделения, получаемого в жидком виде, , где G_i – массовый расход i -го криопродукта, получаемого в жидком виде, кг/с; h ₁ _i – энтальпия криопродукта при давлении p = 0,098 МПа и расчетной температуре исходной смеси на входе в криогенный блок, кДж/кг; h ₀ _i – энтальпия криопродукта при давлении p = 0,098 МПа в состоянии насыщенной жидкости; в случае переохлаждения (рис. 2) подставляется энтальпия жидкости в переохлажденном состоянии на выходе из переохладителя.

Рис. 2. Определение холодопотерь с криопродуктом,

выводимом из криогенного блока в жидком виде

Кроме рассмотренных основных холодопотерь в криогенной установке могут иметь место дополнительные холодопотери , которые включают в себя возможные потери холода вследствие конденсации и вымораживания водяных паров или других примесей, удаляемых из исходной смеси, выделение теплоты адсорбции и т. п.

При составлении энергетического баланса криогенного блока необходимо учесть все виды холодопотерь, что дает возможность правильно выбрать криогенный цикл, его параметры и получить удовлетворительное совпадение расчетных результатов с эксплуатационными.

Рассмотрим пример: ВРУ среднего давления для получения газообразного технического кислорода (рис. 3).

Рис. 3. Схема установки среднего давления:

1 – воздухозаборник; 2 – компрессор; 3 – предварительный теплообменник; 4 – блок осушки и очистки воздуха; 5 – основной теплообменник; 6 – детандер; 7 –теплообменник; 8 – нижняя колонна; 9 – конденсатор-испаритель; 10 – верхняя колонна; 11 – переохладитель азотной флегмы; 12 – переохладитель жидкого кислорода; 13 – переохладитель кубовой жидкости; 14, 15, 16 – дроссели; 17 – насос; 18 – рампа

Материальный баланс установки.

; .

Отсюда при известных

y_B = 0,79; y_A и y_K – из исходных данных,

учитывая B = 1, находим:

; .

Расчёт холодопроизводительности, кДж/м³.

− Суммарный дроссель-эффект за счет сжатия воздуха в компрессоре:

где – изотермический эффект дросселирования, Дж/кг.

− Получение холода в результате расширения воздуха в турбодетандере

где – изоэнтропийный перепад энтальпий в детандере, Дж/кг; – адиабатный к.п.д. турбодетандера, который принимается = 0,7–0,75.

− Применение внешних источников холода

Расчёт потерь холодопроизводительности, кДж/м³.

− Потери холода с отводимым жидким продуктом:

− Потери от недорекуперации:

− Потери через теплоизоляцию:

− Потери из-за наличия насоса:

где – потери в насосе; – удельная работа насоса; – потери холода со сжатым криопродуктом в виде недоиспользованного изотермического эффекта дросселирования.